选修3物理第3章-热力学定律单元测试卷

选修3物理第3章热力学定律单元测试卷

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一、选择题（本题共计8小题，每题3分，共计24分，）

1.构建和谐型、节约型社会深得民心，节能器材遍布于生活的方方面面，自动充电式

电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接.当骑车者

用力蹬车或电动车自动滑行时.，电动车就可以连通发电机向蓄电池充电，将其他形式

的能转化成电能储存起来.现某人骑车以50的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一

次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图直线a所示；第二次

启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图曲线b所示，则第二次向蓄电池所充的

电能最接近（）

A.5/C；B.4fc；C.3kJD.2kJ

2.绝热过程中，外界压缩气体做功20/,下列说法中正确的是（）

A.气体内能增加20/B.气体内能增加小于20/

C.气体内能增加可能大于20/D.气体内能可能不变

3.下列说法正确的是（）

A.物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大

B.物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大

C.物体温度降低，其内能一定增大

D.物体温度不变，其内能一定不变

4.关于物体的内能，下列说法正确的是（）

A.温度相等的1kg和100g的水内能相同

B.物体内能增加，一定要从外界吸收热量

C.热量只能从内能多的物体转移到内能少的物体

D.在相同物态下，同一物体温度降低，它的内能会减少

5.下列说法正确的是（）

A.热量不可能从低温物体传到高温物体

B.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动

C.在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零

D.理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型

6.根据热力学第二定律，下列现象能够发生的是（）

A.一杯热茶打开杯盖后，茶会自动变得更热

B.氮气和氧气混合后会自动分开

C.桶中混浊的泥水静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清

D.电冰箱不通电时热量也会自发从低温的箱内传到高温的箱外

7.关于物体的内能及相关的热力学定律，下列说法正确的是（）

A.温度高的物体内能一定大

B.当分子间作用力表现为引力时，分子势能随分子间距离的减小而增大

C.气体对外做功时，其内能可能增加

D.内能转化为机械能的过程可以自发进行，而不会产生其它影响、引起其它变化

8.一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、be、ca三个过程回到原状态，其V-

7图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点。，图线比平行于7轴，图线

ca平行于V轴，下列说法正确的是（）

A.ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热

B.bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热

C.ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热

D.整个变化过程中气体的内能先减少后增加

二、多选题（本题共计4小题，每题4分，共计16分，）

9.如图所示，一个导热汽缸竖直放置，汽缸内封闭有一定质量的理想气体，活塞与汽

缸壁紧密接触，可沿汽缸壁无摩擦地上下移动.若大气压保持不变，而环境温度缓慢

升高，则在这个过程中（）

试卷第2页，总15页

A.封闭气体对外做功

B.汽缸内单位体积内的分子数增多

C.封闭气体吸收热量

D.汽缸内单位时间内撞击活塞的分子数减少

10.下列说法正确的是（）

A.一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能不一定增加

B.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的

C.容器内有一定质量的理想气体，体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高,

单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数不变

D.食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性

E.第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但也是不可能制成的

11.关于第二类永动机，下列说法中正确的是（）

A.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引

起其他变化的热机叫做第二类永动机

B.第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成

C.第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成

D.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化

为机械能

E.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转

化为机械能，而不引起其他变化

12.如图，为一定质量理想气体从状态力-BTCTZ）变化过程中的压强p与温度T关

系图像，下列说法正确的是（）

p

D

A.从状态a-B的过程中,气体内能增加

B.从状态BtC的过程中,气体的密度增大

C.从状态C-»。的过程中,气体吸收热量

D.从状态D-A的过程中,所有气体分子的动能都减小

E.从状态B-C的过程中，不能用查理定律进行求解

三、解答题（本题共计6小题，每题10分，共计60分，）

13.某物理兴鹿小组为了测出一个内部形状不规则的球状玻璃容器的容积，在容器开口

处插入一根两端开口的玻璃管，并对容器与玻璃管的接口密封，保持玻璃管竖直放置,

如图所示.玻璃管中空部分粗细均匀，横截面积为S.用一段长度为九的水银柱封闭气

体，当温度为7；且水银柱静止时，玻璃管内封闭气体的长度为小当把容器浸到温度为

72的热水中，水银柱再次静止时，玻璃管内封闭气体的长度变为。.已知整个过程中,

大气压强未发生变化，水银柱没有溢出管口，气体可以看做理想气体，水银密度为p,

大气压强为Po,重力加速度为g，求：

（1）容器的容积u为多少？

（2）若整个过程中，被封闭气体吸收的热量为Q,则气体的内能变化了多少？

14.水平光滑的桌面上平放有一质量为2nl的均匀圆环形细管道，管道内有两个质量都

为m的小球（管道的半径远远大于小球的半径），位于管道直径4B的两端.开始时，环

静止，两个小球沿着向右的切线方向，以相同的初速度北开始运动，如图所示.设系

统处处无摩擦，所有的碰撞均为弹性碰撞.（质量相等的两物体弹性正碰后交换速度，

此结论本题可直接用）

试卷第4页，总15页

（1）当两个小球在管道内第一次相碰前瞬间，试求两个小球之间的相对速度大小;

（2）两小球碰后在第一次返回到4、B时，两小球相对桌面的速度方向（朝左还是朝

右）和速度大小.

15.如图所示，一条长为L的细绳一端系于。点，另一端系一个质量为m的小钢球4（视

为质点），另一条相同的细绳两端系着质量为27n的小钢球B（视为质点）和质量为m的

小钢球C（视为质点），其中C球穿过光滑的水平细杆.开始时悬线竖直，4、B两球刚

好接触，现将4拉到与竖直方向成。=60。的位置，由静止释放后与B球发生弹性正碰，

已知重力加速度为g,求：

O

（1）4、B碰撞结束时，小球B的速度为；

（2）B球向右运动过程中的最大高度殳.

16.已知大气压强是由于大气的重力而产生的，某学校兴趣小组的同学，通过查找资料

知道：月球半径R=1.7x1066,月球表面重力加速度g=i.6m/s2,为开发月球的需

要，设想在月球表面覆盖一层大气，使月球表面附近的大气压达到p0=l.（）xl05pa,

已知大气层厚度/i=1.3xl03m,比月球半径小得多，假设月球表面开始没有空气，

试估算：

（1）应在月球表面覆盖的大气层的总质量小；

（2）月球表面大气层的分子数；

（3）气体分子间的距离.（空气的平均摩尔质量"=2.9x10-2^/^。/,阿伏加德罗

常数治=6.0x10237no/-1）

17.如图所示，为了测量某刚性导热容器4的容积，用细管把它与水平固定的导热汽缸

B相连，汽缸中活塞的横截面积S=10cm2,初始时，环境温度T=300K,活塞离缸底

距离d=40cm。现用水平向左的力尸缓慢推活塞，当F=1.0x102那时，活塞离缸底距

离d'=10sn。已知大气压强po=l.Ox105pa,不计一切摩擦，整个装置气密性良好，

7=（t+273）K,求：

（1）容器4的容积外;

（2）保持力F=1.0x103/V不变，当外界温度缓慢变化时，活塞向缸底缓慢移动了Ad

=3cm时，此时环境温度为多少摄氏度？此过程中封闭气体吸热还是放热？

18.如图所示，左端封闭、右端开口的竖直U形玻璃管（管壁厚度不计），两管中装入

高度差为5cm的水银，左侧封闭气柱长10cm,右侧水银面距管口5cm.设U形玻璃管

下方足够长，水银移动过程中左侧玻璃管内始终有水银，已知外界大气压强为

75cmHg,环境温度为320K.

（1）若给左管内气体加热，使其温度缓慢升高，直到右管水银面刚好上升至管口，求

此时左管内气体温度为多少K；

（2）若保持环境温度不变，在左管顶部开一个小孔，气体溢出，求最终左管内剩余气

体与原有气体的质量之比.

试卷第6页，总15页

参考答案与试题解析

选修3物理第3章热力学定律单元测试卷

一、选择题（本题共计8小题，每题3分，共计24分）

1.

【答案】

D

【考点】

能量守恒定律的应用

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：由题图直线a可知，电动车的动能以与滑行位移工成线性关系，第一次关闭自动充

电装置自由滑行10m停止，第二次启动自动充电装置时只滑行了6m,所以第二次充电

的电能相当于滑行47n所需要的能量，即4E=Vx5幻=2划，故。正确.

故选D.

2.

【答案】

A

【考点】

热力学第一定律

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：在绝热过程中，气体与外界之间没有热交换，所以Q=0；外界压缩气体做功20/,

则W=20/,根据热力学第一定律：AU=W+Q=20+0=20],则气体内能一定增

加20/,所以只有选项4是正确的，BCD错误.

故选4.

3.

【答案】

B

【考点】

物体的内能

分子动能

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：温度是分子平均动能的标志，物体温度降低，其分子热运动的平均动能减小，相

反，温度升高，其分子热运动的平均动能增大，故A错误，B正确；

物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，所以温度降低，其内能不一

定增大；温度不变，其内能不一定不变，故CD错误.

故选B.

4.

【答案】

D

【考点】

物体的内能

【解析】

解答本题需掌握：影响内能大小的因素有哪些，内能与温度的关系是什么，改变内能

的方式有哪些.

【解答】

解：力、影响内能大小的因素是体积、温度和分子总数，1kg水和100g水的质量不同，

水分子不同，所以内能不同；故4错误.

B、改变内能有两种方式：做功和热传递，所以物体内能增加，不一定要从外界吸收热

量，也可以外界对物体做功，故B错误.

C、热量能从内能多的物体转移到内能少的物体，也能从内能少的物体转移到内能多的

物体，故C错误.

。、在相同物态下，同一物体温度降低，分子的动能降低，内能减少.故。正确.

故选：D.

5.

【答案】

D

【考点】

布朗运动

热力学第二定律

理想气体

【解析】

热量可能从低温物体传到高温物体；布朗运动反映了液体分子的无规则运动，不能反

映花粉分子的热运动；气体的压强是由大量分子持续撞击器壁形成的；理想气体只是

一种理想模型.

【解答】

4、根据热力学第二定律可知，热量能从低温物体传到高温物体，如空调，但会引起其

他的变化，故4错误；

B、布朗运动是悬浮在水中花粉的无规则运动，由于花粉的运动是大量液体分子不断撞

击形成的，所以布朗运动反应了液体分子的无规则的运动，故B错误；

C、气体的压强是分子持续撞击器壁产生的，在完全失重的情况下，气体对器壁的压强

不为零，故C错误；

。、理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型。故。正确。

6.

【答案】

C

【考点】

热力学第二定律

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：A.根据热力学第二定律知，热传递具有方向性，热量能自发地从高温物体传到低

温物体，则一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得凉，故4错误；

B.热力学第二定律的内容可以表述为：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有

方向性，氧气分子与氮气分子混合后不会自动分开，故B错误；

试卷第8页，总15页

C.桶中混浊的泥水静置一段时间后，泥沙由于所受重力下沉，上面的水变清，故C正

确；

D.热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到

高温物体，故D错误.

故选C.

7.

【答案】

C

【考点】

热力学第一定律

物体的内能

分子间的相互作用力

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：A.内能取决于物体的物质的量、温度及体积，故温度高的物体内能不一定大，故

4错误；

B.当分子间作用力表现引力时，分子势能分子间距离的减小而减小，故B错误；

C.根据热力学第一定律Z1U=W+Q得，气体对外做功时，若气体吸收的热量大于对

外做的功，内能增大，故C正确；

D.根据热力学第二定律可知，机械能可以全部转化为内能，内能都不可能转化为机

械能而不引起其它变化，故。错误.

故选C.

8.

【答案】

A

【考点】

气体状态变化的图象问题

热力学第一定律

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：根据华=C得：

A.时过程中图线ab的反向延长线过坐标原点，可知气体做等压变化，温度升高内能

增加，体积增大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律ZU=W+Q可知，气体吸

热，故4正确；

B.be过程中，气体体积不变，外界对气体不做功，热力学温度减小，气体内能减小,

根据热力学第一定律可知气体放热，故B错误；

C.ca过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做正功，根据热力学

第一定律可知气体放热，故C错误；

D.整个变化过程中内能先增大后减小，故。错误.

故选4

二、多选题（本题共计4小题，每题4分，共计16分）

9.

【答案】

A,C,D

【考点】

热力学第一定律

物体的内能

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：气体压强不变，受热等压膨胀，对外做功，4正确；

由于气体体积增大，因此汽缸内单位体积内的分子数减少，B错；

气体的压强不变，温度升高，吸收热量，分子的平均动能增大，因此汽缸内单位时间

内撞击活塞的分子数减少，选项C、。正确.

故选ACD.

10.

【答案】

B,D,E

【考点】

热力学第二定律

热力学第一定律

【解析】

一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，没有对外做功，根据热力学第一定律

可知，其内能一定增加，故A错误;根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程

是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故B正确;容器内的定质量的理想气体，

体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高，分子的平均动能增大，则平均速

率增大，单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多，故C错误;食盐晶体中的钠、

氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故D正确;第二类永动机虽不违背能量

守恒定律，但违背热力学第二定律，仍不可能制成，故E正确。

【解答】

解：A.一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，没有对外做功，根据热力学第

一定律可知，其内能一定增加，故Z错误；

B.根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的

方向进行的，故B正确；

C.容器内的定一质量的理想气体，体积保持不变，单位体积内分子数不变，温度升高,

分子的平均动能增大，则平均速率增大，单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增

多，故c错误；

D.食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故。正确；

E.第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，仍不可能制成，故

E正确.

故选BDE.

11.

【答案】

A,C,E

【考点】

永动机不能"永动"的原因

【解析】

此题暂无解析

【解答】

试卷第10页，总15页

解：A.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而

不引起其他变化的热机叫做第二类永动机，故4正确；

B.第二类永动机违反了热力学第二定律，故B错误，C正确；

D.机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变

化，故E正确，D错误.

故选ACE.

12.

【答案】

B,C,E

【考点】

气体的实验定律

热力学第一定律

【解析】

本题考查气体实验定律、热力学第一定律，考查识图能力、分析综合能力，考查物理

观念要素.

【解答】

解：A.从状态ATB的过程中，T不变，理想气体的内能不变，故4错误；

B.从状态B-C的过程中，从图像可知％〉外,即体积减小，所以气体密度增大，

故8正确；

C.从状态CTD的过程中，T升高，内能增加，U变大，气体向外界做功，根据热力学

第一定律=气体吸收热量，故C正确；

D.从状态D-4的过程中，1/不变，7降低，根据气体统计规律，大部分气体分子的

动能会减小，而并非所有气体分子的动能都减小，故。错误；

E.从状态B-C的过程中，7不断升高、p不断增大、U不断减小，只能利用气体状态

方程求解此过程，不能适用查理定律进行求解，故E正确.

故选BCE.

三、解答题（本题共计6小题，每题10分，共计60分）

13.

【答案】

（1）容器的容积U=正等；

72-TI

（2）若整个过程中，被封闭气体吸收的热量为Q,则气体的内能变化了Q-（Po+

【考点】

"玻璃管封液"模型

热力学第一定律

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：（1）对封闭气体，

初态：体积匕=V+IS温度为7\,

末态：体积%=U温度为72，

气体发生等压变化，有蓝=会，

联立解得V=竺巨皿.

T2-T1

（2）对封闭气体，等压膨胀对外做功，有卬=-「5・4,

而p=Po+pgh，

Al=l2—119

故w=~（p0+pgh）S（l2-k），

由热力学第一定律ZU=W+Q,

可知内能的增加量为4U=Q-（Po+pgh）（,l2一4）s.

14.

【答案】

（1）两个小球之间的相对速度大小为

（2）两小球相对桌面速度为零.

【考点】

能量守恒定律的应用

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：（1）根据对称性，两球运动相同的路程在细圆管的最右端相遇，相遇前，两小球

与细圆管在左右方向上共速，共同速度设为力,此时两球相对于细圆管的速度方向沿

切线，大小相同设为％.左右方向上两球与细圆管动量守恒，有2m%=（2m+2m）%,

解得：%=当，

根据能量守恒定律可得：

22

2x|mv0=|xmvr+2x纲（％2+32）,

解得：Vy=yVo,

两球相对速度大小f=2xvy=V2v0.

（2）两球相碰，左右方向速度不变，沿管切线方向交换速度，之后两球同时分别到达

4、B位置.从刚开始两球运动到两球笫一次回到4、B位置，两球与细圆管组成的系统

可以看成弹性碰撞，即质量为2m的物体与细圆管发生了弹性正碰，交换速度，故而两

球相对桌面速度为零，细圆管相对桌面速度为%.

15.

【答案】

（1）4、B碰撞结束时，小球B的速度为|屈.

（2）8球向右运动过程中的最大高度九2=六.

【考点】

“一动一静"弹性正碰模型

能量守恒定律的应用

【解析】

（1）由动量守恒、能量守恒和机械能守恒定律求解.

（2）对BC由水平方向动量守恒求得此时速度/再由能量守恒求得最大高度.

【解答】

解：（1）设碰前A球的速度为巧,碰后4球的速度为少，B球的速度为火,

由水平动量守恒得TH%=mvr+27n如

试卷第12页，总15页

由能量守恒得说=|mv/2+12mvl>

有机械能守恒定律有mgA（l-cos。）=|m说，

联立解得。2=|后八

即为=v2=l>fgL-

（2）B球达到最大高度时与C球速度相同（设为9）,对BC由水平方向动量守恒:

2mv2—（m+2m）v,

由能量守恒12m谚=1（m+2m）v2+2mgli?,

解得电

【答案】

（1）应在月球表面覆盖的大气层的总质量m为2.27x1018kg；

（2）月球表面大气层的分子数为4.7x1043个；

（3）气体分子间的距离为1.0X10-9m.

【考点】

热力学第一定律

【解析】

此题暂无解析

【解答】

解：（1）月球的表面积S=4兀/?2

月球表面大气的重力与大气压力大小相等mg=p0S

所以大气的总质量巾=皿也

9

代入数据可得

m=丝.吗UWYx1.0x105kg«2.27x1018k5.

1.6

（2）月球表面大气层的分子数为

N=~N=再”8X6.0X1023个R4,7X1（）43个.

MA2.9x10-2

（3）可以认为每一个气体分子占据的空间为一个立方体，小立方体紧密排列，其边长

即为分子间的距离，设分子间距离为a,大气层中气体的体积为V,则有V=4TTR2m

【答案】

容器力的容积为200cm3；

此时环境温度为-3。。，此过程中封闭气体放热。

【考点】

理想气体的状态方程

热力学第一定律

【